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深圳雷曼光电科技股份有限公司新闻资讯
COB小间距LED高清显示面板技术解析
文章来源:深圳雷曼光电科技股份有限公司  发布日期:2018-12-7 10:07:10

    摘要:近年来,随着LED显示技术的快速发展,LED显示屏已广泛应用于许多领域,如大型体育场馆、道路交通运输、金融行业等。LED显示屏市场份额的逐年增长引领着SMD表贴技术和COB小间距集成封装技术的发展。其中,COB小间距显示技术,是融合了LED封装与LED显示的创新技术,具有非常明显的技术优势。相比于SMD表贴技术,COB小间距LED集成封装技术以更小间距、高防护性、高可靠性等优点而得到迅猛的发展。随着2018年市场主流小点间距向P1.2或者更小点间距下探,COB小间距显示产品必将迎来市场更快的爆发。

    关键词:LED小间距、防护性、清晰度、对比度、COB显示
    一、引言
    小间距LED显示技术起源于2010年,利用表贴SMD封装器件技术,生产出点间距2.8mm的LED显示屏,从而使LED显示技术进入会议、指挥等高端专业显示市场,一举为LED显示应用开辟了一个巨大的小间距显示市场,引起高端专业显示市场的巨大震动[1]、[2]。据奥维云网(AVC)显示器件与系统大数据显示,2017年国内小间距LED显示行业销售规模达44.1亿元,面积6.7万平米,同比增速分别为93.4%和62.5%,高价值产品比重的提升、内地市场的打开及产品形态创新等因素,是小间距LED显示市场高速增长的主要原因。随着小间距LED显示屏应用范围的不断扩大,小点间距LED显示屏间距的定义也从P2-P3,逐渐下探到P2以下。LED小间距显示屏在P1.9、P1.5、P1.2等细分市场不断扩大,随着显示间距不断缩小,传统的SMD分立器件LED小间距显示屏产品,也不可避免地遇到了技术瓶颈,特别是间距更小的P1.2或者以下产品,在可靠性和成本方面面临难以克服着巨大的技术挑战。
   
    二、SMD分立器件小间距LED显示技术的瓶颈
    目前LED小间距显示屏的主流技术,主要采用SMD分立器件技术,就是将SMD 封装器件,采用SMT回流工艺焊接在PCB板上,技术路线如下图所示。

     

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    SMD分立器件LED小间距显示技术的产业链,包括中游的封装产业,以及下游的显示应用产业。
 

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    随着间距的进一步缩小,SMD分立器件小间距LED显示屏在应用中,逐渐暴露出了技术瓶颈与局限,主要包括以下几个方面:
    (1)较高的像素失效率
    LCD 面板失效像素点的国际公认标准为1.5PPM。目前SMD分立器件LED小间距的出厂前失效率达到 30-50PPM ,显示屏厂通过出厂前的老化和维修,以保证出厂时无死灯,但是出厂运行后三个月、半年、一年后也有几十PPM的较高失效率。目前,众多小间距显示屏厂受困于小间距的可靠性与稳定性问题,需要培养大量的工程服务人员去给客户修屏,这个问题已经成为SMD分立器件限制小间显示距屏发展的瓶颈。
 
    (2)点间距的局限

    目前采用SMD分立器件的小间距显示屏产品,主流的点间距在P1.2-P2.0之间,市场上几乎没有P1.0以下间距量产的产品。2017年在美国InfoComm展上,展示了采用0505 灯珠制造的间距为0.7mm的小间距样品,这已经是分立器件小间距显示屏的极限,要想做更小间距几乎已经不可能,要量产P0.7的SMD分立器件显示产品,从技术层面来说几乎难以实现。
 
    (3)脆弱的防护性
     小间距LED显示屏采用的SMD封装器件,灯珠焊盘面积太小,SMT回流焊后,PCB板上的灯珠很脆弱,搬运、安装、使用中的磕碰极易损坏灯珠。造成小间距LED显示屏的防护性能非常脆弱,可靠性难以保证。
   
    三、 COB小间距LED集成显示技术
    为了解决SMD分立器件小间距显示屏技术路线的瓶颈,COB(Chip On Board)封装小间距显示屏技术路线应运而生。COB封装是用微组装工艺,将LED芯片直接固晶焊接在装有驱动和相关电路元器件的PCB板上,再用封装胶对LED芯片包封。
 

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    从产业链分布来看,COB小间距LED显示技术包括了LED产业的中游封装与下游显示应用产业,是LED封装与LED显示两项技术的融合,与SMD分立器件的LED小间距显示技术相比,具有非常高的技术门槛。

 

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    四、COB小间距LED集成显示优势
    与SMD分立器件LED小间距显示技术相比,COB小间距LED集成显示技术具有非常明显的技术优势,主要体现在以下几个方面。
    (1)能做到更小的点间距
    目前SMD分立器件小间距LED显示技术,主流的点间距在P1.2-P2.0之间,点间距继续降低非常困难,它主要受制于两个方面的因素:第一个因素是成熟的SMD器件为1010、0808规格,更小尺寸的SMD器件,例如0606或者0505规格的产品,目前成熟度都较低;目前P1.2分立器件小间距LED显示屏,大多使用0808规格的SMD器件,小于P1.2的显示屏,只能使用0606或0505规格的器件。第二个影响因素是分立器件必须过SMT回流焊,更小尺寸的SMD器件,意味着有更小的焊盘,导致SMT回流焊良率受到影响,回流焊后的模组防护性非常脆弱,SMD器件很容易被碰掉或损坏。
 
    与分立器件SMD相比,COB小间距LED显示技术,不存在上述问题,COB能够做到的点间距尺寸,仅受限于封装技术,因此的COB小间距LED显示技术,通常可以做到P0.5-P2.0点间距,最小点间距可以做到P0.5,即能够做到分立器件LED小间距技术难以量产的P1.0以下的市场。

 

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    (2)能够提供更强的防撞击性能
    与SMD分立器件小间距LED显示技术脆弱的防护性能相比, COB小间距LED显示技术的防护性能更强。

 

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    SMD分立器件,是把LED芯片固晶、焊线在支架上,再用环氧树脂封装为SMD器件。以它制造显示屏,是通过SMT回流焊,将SMD器件焊接在PCB板上。由于分立器件小间距LED显示技术采用的SMD器件规格多为1010或者0808,焊盘尺寸很小,SMT回流焊后,容易发生虚焊,以及被碰掉,防护性能脆弱。
 
    COB小间距LED显示技术,LED芯片固晶、焊线在PCB板上,再用封装胶密封,省去LED灯珠的回流焊及其所需的焊点,提高了可靠性。封装胶与PCB板具有坚固的结合力,外力的作用不会损伤LED。因此COB封装的小间距LED显示技术,具有非常优秀的防护能力。
   

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    (3)超低的失效率
    SMD分立器件LED小间距显示技术,在生产过程中存在30-50PPM的失效率,通过出厂前的老化和维修,以保证出厂时无死灯。但是在客户使用过程中,还是存在较高的失效率,可以高达几十个PPM。
   
    COB LED小间距显示技术,能够提供更高的可靠性与稳定性,在客户使用过程中的失效率会明显降低。
 
    引起LED显示屏失效的主要因素,包括外界的环境因素以及LED封装的可靠性因素。外界环境的温度、湿度、污染、震动等,当超过LED显示屏能够承受的范围时,或者LED显示屏设计抗外界环境因素的阈值过低时,均会导致LED显示屏失效,特别是小间距LED显示屏对外界环境因素敏感性更高,更容易发生失效;
 
    LED封装的可靠性,主要由LED芯片、支架、金线、封装胶等材料的封装可靠性决定。要对各种材料的热学匹配性、力学匹配性进行设计,才能确保LED封装后的整体可靠性。
 
    COB封装与普通SMD器件封装相比,COB封装取消了LED支架,以及通过SMT回流焊由锡膏连接PCB板的环节。COB封装中,直接将LED芯片固晶、焊线在PCB板上,用封装胶直接将LED芯片包封在PCB板上。因此,COB封装具有更高的可靠性,失效率可以达到小于10PPM。
   
    (4)更高的IP防护等级
    SMD分立器件小间距显示屏,一般只能在户内使用,主要原因是无法按照户外的防护等级进行设计,例如1010灯珠无法实现户外应用,也无法进行灌胶防护灯脚等设计,使得IP防护等级只能满足户内使用的要求。在一些应用场合,例如租赁屏市场,在户外或半户外使用时,SMD分立器件小间距显示屏具有较高的风险。
 
    COB小间距显示屏,由于COB单元板灯面完全用封装胶封装,具有较强的IP防护性能,COB单元板的防护等级可以做到IP65,使得COB小间距显示屏具有更大的应用市场,例如在租赁屏市场就可以用COB小间距显示屏。
   
    五、结论
    通过以上分析可以看到,COB小间距显示技术,解决了SMD分立器件LED小间距显示技术的不足,是融合了LED封装与LED显示的创新技术,具有非常明显的技术优势。随着2018年市场主流小点间距向P1.2或者更小点间距下探,COB小间距显示产品必将迎来市场更快的爆发。

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